RAP 摻量對ATB-25 再生瀝青混合料路用性能的影響

■鄭程斌

（福建省福泉高速公路有限公司，福州 350011）

瀝青路面養護面臨著環境保護形勢嚴峻、基礎建設原材料緊缺與大量RAP 廢棄的多重矛盾，RAP 的高效再生利用將成為公路養護必然的發展趨勢[1-4]。 ATB-25 瀝青穩定碎石基層憑借其高溫性能良好，能有效抵抗基層反射裂縫的優點，在高速公路建設中逐漸得到推廣應用[5-6]。 隨著路面優質銑刨料（RAP）的增加，如何有效利用RAP 成為高速公路管理部門面臨的實際工程問題。 因此，本文以福泉高速公路路面提升改造工程為例，研究不同RAP摻量對再生瀝青混合料路用性能的影響。

1 原材料與評價方法

1.1 原材料

1.1.1 碎石

碎石選用永春天馬山料場4 種規格原材料：16.00～26.50 mm 碎石、9.50～16.00 mm 碎石、4.75～9.50 mm 碎石、0～4.75 mm 石屑。 碎石指標如表1所示。

表1 碎石性能指標

1.1.2 瀝青

瀝青選用廈門新立基股份有限公司A 級70#道路石油瀝青，瀝青指標如表2 所示。

表2 瀝青性能指標

1.1.3 路面回收材料（RAP）

RAP 從使用年限為10 年的SMA-13 路面獲取，3 檔抽提后的RAP 的油石比及集料級配通過率如表3 所示，老化瀝青性質如表4 所示。

表3 3 檔抽提后的RAP 集料級配通過率及油石比

表4 舊瀝青性能

1.2 試驗方法

1.2.1 車轍試驗

車轍試驗采用的試件尺寸為300 mm×300 mm×50 mm，室溫條件下放置不少于12 h，車轍板60℃保溫不少于5 h，輪碾壓力為0.7 MPa，車輪行進方向應與試件成型時的碾壓方向一致， 碾壓速度為42±1 次/min，碾壓時間為60 min，計算機自動記錄時間變形曲線。 評價指標為動穩定度DS。

1.2.2 低溫抗裂試驗

由于ATB-25 瀝青混合料的粒徑較大，不適宜采用低溫小梁試驗評價再生瀝青混合料的低溫性能。 因此，采用低溫抗裂試驗來定性評價，試驗時對馬歇爾試樣連續加載至破壞， 并記錄荷載和位移，評價指標為斷裂能。 通過低溫劈裂試驗，可以得到件發生破壞過程中的力-位移曲線， 為了便于分析比較混合料產生裂縫所需的能量大小，采用斷裂能密度指標進行評價，計算方法如圖1 所示，計算公式如式（1）～（2）所示。

圖1 力-位移曲線圖

式（1）中：A 為荷載-撓度曲線下的面積（J）；xi為第i 點的豎向位移（mm）；xi+1為第i+1 點的豎向位移（mm）；yi為第i 點的荷載（kN）；yi+1為第i+1 點的荷載（kN）。

式（2）中：Gf為試件的斷裂能密度（J/m2）；b 為試件的厚度（mm）；h 為試件的高度（mm）。

1.2.3 凍融劈裂強度試驗

圖3 劈裂試驗原理

劈裂試驗如圖2、3 所示。 將成型好的馬歇爾試件在25℃水槽中養生3 h，然后測試劈裂強度，以未凍融試件的劈裂強度為基準，采用凍融劈裂強度比Ti來評價混合料的抗水損害性能。 每組試驗采用4 個平行試件，取平均值作為試驗結果。芯樣劈裂強度按式（3）計算：

圖2 劈裂試驗圖

式（3）中：RT為芯樣劈裂強度（間接抗拉強度）（MPa）；PT為芯樣破壞時的最大壓力（N）；h 為芯樣厚度（mm）。

2 配合比設計

RAP 摻量分別為20%、30%、40%和50%的再生瀝青混合料的合成級配通過率及油石比如表5所示。 由表5 可以看出，不同RAP 摻量下的合成級配通過率均在規范要求的級配范圍內。

表5 不同RAP 摻量合成級配通過率及油石比

3 結果與討論

3.1 高溫性能

20%、30%、40%、50%RAP 摻量的ATB-25 再生瀝青混合料的動穩定度分別為2843、3058、3257、3512 次/mm，均符合規范要求（≥2800 次/mm）。 可知，隨著RAP 摻量的增加，再生瀝青混合料的高溫性能有所增強，這與以往常規的再生瀝青混合料的結論相同[7]。 一方面，老化瀝青中含有大量重質組分，致使混合料中的膠結料粘度增大，從而提高混合料的高溫抗變形能力； 另一方面，RAP 中未分散開的團粒結構也在一定程度上改善再生瀝青混合料的高溫性能[8]。

3.2 低溫性能

不同RAP 摻量的ATB-25 再生瀝青混合料的斷裂能密度如表6 所示。

由表6 可以看出， 再生料的斷裂能密度隨著RAP 摻量的增加呈先增加后有所降低趨勢，當RAP摻量為30%時低溫性能達到最大值。混合料的低溫性能與再生瀝青混合料中老化瀝青的含量密切相關，老化瀝青含量越高，瀝青混合料則表現為脆硬，更容易發生低溫破壞。 然而當RAP 摻量為30%時，再生瀝青混合料展現出較強的抵抗低溫破壞的能力， 可以用圖4 中不同RAP 摻量下再生瀝青混合料劈裂后的形態進行解釋。 當RAP 摻量為30%時，再生瀝青混合料的破壞界面以集料破碎為主，在此RAP 摻量下新舊瀝青的融合程度較好，抵抗低溫斷裂破壞的能力較強。 隨著RAP 摻量的增加，截面中集料破壞的數量有所降低，表明老化瀝青含量增加后，集料與再生瀝青的黏附性不足，導致瀝青與集料界面處發生破壞，此時再生瀝青混合料抵抗低溫破壞的能力下降較快。

表6 不同RAP 摻量的再生瀝青混合料的斷裂能密度

圖4 劈裂破壞圖

3.3 水穩定性能

不同RAP 摻量的ATB-25 再生瀝青混合料的凍融劈裂抗拉強度比（TSR）如表7 所示。

表7 不同RAP 摻量的再生瀝青混合料的凍融劈裂抗拉強度比（TSR）

由表7 可以看出， 再生瀝青混合料的TSR 隨RAP 摻量的提高而降低。 以水穩定性能為評價指標， 再生瀝青混合料的RAP 摻量應小于40%。 當RAP 摻量高于40%時，需對再生瀝青混合料的配合比或施工工藝作進一步地優化調整；主要原因為再生瀝青混合料中老化瀝青與集料的黏附作用，隨著RAP 含量的增加，新舊瀝青融合度下降，再生瀝青混合料中不均勻程度較大，整體抵抗水穩定性的能力有所降低。

4 結論

（1）分析了不同RAP 摻量對再生瀝青混合料高溫性能、低溫性能和水穩定性的影響，隨著RAP 摻量的增加，再生瀝青混合料的高溫性能增加，低溫性能、 水穩定性能均有所降低，RAP 的建議摻量為30%。 （2）由于RAP 具有很大的變異性，隨著RAP摻量的增加，再生瀝青混合料中新舊瀝青融合度降低，不均勻程度增加，會導致再生瀝青混合料的性能衰減。 （3）再生瀝青混合料中老化瀝青較硬，建議在室內試驗和施工時， 一定要控制好施工溫度，確保再生瀝青混合料的壓實度。 （4）福泉高速公路路面提升改造工程自2019 年10 月開工以來， 下面層、上基層修復多采用摻量為30%的ATB-25 再生瀝青混合料鋪筑，經過約2 年的使用，未出現路面病害。 因此，實踐證明，摻量為30%的ATB-25 再生瀝青混合料用于高速公路路面維修是可行的。